全国大学生电子设计竞赛报告模板

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年全国大学生电子设计竞赛

多旋翼自主飞行器（c题）

2015 年8月15 日

摘要

2015

旋多翼自主飞行器由RL78/G13MCU板（芯片型号R5F100LEA）,STM32单片机模块(加SD卡)，CMOS摄像头，A2212/13T新西达电机。STM32单片机输入信号到RL78/G13MCU板，启动飞行器和CMOS摄像模块，RL78/G13MCU飞控模块矫正飞行器在空中的姿态，实现悬停,前进,后退等功能，CMOS模块将拍摄的视频内容存储在STM32模块内置的SD卡里。当飞行到目的地时各模块自动停止工作。

飞行器能一键式启动，并开始航拍，从A点起飞，飞向B区，在B区降落，但不是中心，当飞行结束后，拔掉SD卡，能顺利的通过P0机回放，在飞行过程中，始终在电子示高线H1和H2的区间内。

1. 方案论证与比较

1.1四旋翼算法方案

方案一：采用欧拉角法欧拉角法静止状态，或者总加速度只是稍微大于g时，由加计算出的值比较准确。

使用欧拉角表示姿态，令Φ,θ和Φ代表ZYX 欧拉角，分别称为偏航角、俯仰角和横滚角。载体坐标系下的加速度(axB,ayB,azB)和参考坐标系下的加速度(axN, ayN, azN)之间的关系可表示为(1)。其中 c 和 s 分别代表 cos 和 sin。axB,ayB,azB就是mpu读出来的三个值。

这个矩阵就是三个旋转矩阵相乘得到的，因为矩阵的乘法可以表示旋转。

c?c??axB???ayB????c?s??s?s?c? ?????azB????s?s??c?s?c?c?s?c?c??s?s?s??s?c??c?s?s??s???axN??ayN?s?c?????c?c?????azN??(1)

飞行器处于静止状态，此时参考系下的加速度等于重力加速度，即

?axN??0??????ayN???0??a???（2） ?zN??g?

把（2）代入（1）可以解

:

??arctg（3）

???（4） ?ayB??arctg??azB

即为初始俯仰角和横滚角，通过加速度计得到载体坐标系下的加速度即可将其解出，偏航角可以通过电子罗盘求出。

方案二：四元数法（通过处理单位采样时间内的角增量(mpu的陀螺仪得到的就是角增量)，为了避免噪声的微分放大，应该直接用角增量-------抄的书）

本项目采用的是方案一。

1.2 STM32控制方案

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